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科學(xué)史上的今天——8月4日

 老莊. 2014-08-04


  • 1805年8月4日

    哈密頓函數(shù)-英國物理學(xué)家哈密頓出生

            1805年8月4日,英國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家及天文學(xué)家威廉·哈密頓(Sir William Rowan Hamilton,1805、8、4-1865、9、2)出生。

            哈密頓物理學(xué)上最大的成就或許在于重新表述了牛頓力學(xué),創(chuàng)立了被稱為哈密頓力學(xué)的力學(xué)表述。他的成果在量子力學(xué)的發(fā)展中起到核心作用。1827年哈密頓建立 了光學(xué)的數(shù)學(xué)理論,后來又將該理論移植到動力學(xué),提出哈密頓原理,把廣義坐標(biāo)和廣義動量作為典型變量來建立動力學(xué)方程,推動了變分法和微分方程理論的地一 步研究,并在現(xiàn)代理論物理得到了廣泛應(yīng)用。

             他在數(shù)學(xué)上的主要貢獻是發(fā)現(xiàn)四元數(shù),建立了四元數(shù)的運算法則。四元數(shù)的發(fā)現(xiàn)為向量代數(shù)和向量分析的建立奠定了基礎(chǔ),而四元數(shù)又構(gòu)成了以實數(shù)域為系數(shù)域的有限維可代數(shù),四元數(shù)的產(chǎn)生對代數(shù)學(xué)的發(fā)展有十分重要的意義。
       哈密頓在拉格朗日等人的基礎(chǔ)上提出哈密頓方程和哈密頓函數(shù),當(dāng)時是為了解決力學(xué)問題,而由于哈密頓函數(shù)揭示了物理量之間的對偶性,使它在近百年之后才倍 受重視。哈密頓函數(shù)是用拉格朗日函數(shù)和質(zhì)點的位置和動量來確定動力學(xué)系統(tǒng)的總能量,其中位置和動量之間有對偶性。這一函數(shù)在20世紀(jì)20年代量子力學(xué)出現(xiàn) 后變得更有活力。在測不準(zhǔn)關(guān)系中物理量的對偶性得到了深入挖掘。而哈密頓函數(shù)在修改后已成為量子力學(xué)方程的重要部分。這時的位置和動量已經(jīng)用量子力學(xué)算符 取代。






  • 1804年8月4日

    道爾頓提出倍比定律

            1804年8月4日,在化學(xué)界的一片繁榮景象中,又誕生了一顆璀璨之星——倍比定律。其創(chuàng)立者英國物理學(xué)家、化學(xué)家約翰·道爾頓 (John Dalton,1766、9、6-1844、7、27),原未計劃將其作為單獨定律發(fā)表,因為在他看來,倍比定律只是原子論的必然推論;而倍比定律也從實 驗上進一步驗證了原子論的正確性,兩者相互依賴、密不可分。
      在道爾頓的時代,普羅斯的定比定律已得到公認(rèn),此定律提出:物質(zhì)與其他物質(zhì)進行化 學(xué)反應(yīng)時,彼此質(zhì)量比保持一定,反應(yīng)生成物的組成也保持一定。道爾頓的倍比定律則進行了更進一步的思考,認(rèn)為兩種元素化合可以得到兩種或以上的由于組成元 素的原子數(shù)目差異而不同的物質(zhì),甲乙兩種元素化學(xué)可形成兩種或以上不同的化合物,在這些化合物中,與一定重量的甲元素化合的乙元素的質(zhì)量總保持簡單的整數(shù) 比。

             但這只是道爾頓根據(jù)“最簡化原則”分析物質(zhì)組成時所作的假設(shè),還需要用實驗來證明。道爾頓對沼氣(甲烷)和油氣(乙烷)進行了分析,發(fā)現(xiàn)結(jié)果恰好符合他的設(shè)想。后來,貝采里烏斯等化學(xué)家對化合物進行了更精確的實驗分析,也驗證了倍比定律。
            倍比定律對原子論意義重大,由于它提供了實驗依據(jù),道爾頓的學(xué)說很快被化學(xué)界承認(rèn)。當(dāng)然,道爾頓研究倍比定律中的缺點也不可避免地影響了整個原子論。主觀 的簡單斷定在先,實驗驗證在后,且驗證的力度稍顯不足,但這些缺憾都由后人進行了彌補。經(jīng)過阿伏伽得羅等人的努力,原子學(xué)說終于成為化學(xué)的基礎(chǔ)理論,開辟 了化學(xué)發(fā)展的新局面。



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